МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

ТВЕРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

Кафедра технологических и транспортных машин и комплексов

ТРАКТОРЫ И АВТОМОБИЛИ

Методические указания для проведения практических занятий (часть 1)

Направление подготовки – 35.03.06 Агроинженерия

Направленность (профиль) – Технические системы в агробизнесе

Квалификация выпускника - бакалавр

Форма обучения - очная, заочная

г. ТВЕРЬ – 2016 г.

Автор(ы): к.т.н., доцент кафедры ТТТ, Кудрявцев Андрей Васильевич

Рецензент(ы): к.т.н., доцент кафедры ТЭА, ФГБОУ ВО Тверская ГСХА,

Копаев Егор Владимирович

Методические указания рассмотрены на заседании кафедры ТТМ

«15» _января_ 2016 г.

Протокол № 13 Зав. кафедрой ТТМ ________________ /В.В. Голубев/

Методические указания одобрены на заседании методической комиссии инженерного факультета

«18» _января_ 2016 г, протокол № 5

Председатель методической комиссии

Инженерного факультета ________________ /А.В. Виноградов/

Практическое занятие № 1 современное состояние энергетики. Общее устройство трактора и автомобиля

Цель занятия. Знакомство с устройством ДВС и основными определениями, характеризующими эти двигатели. Изучение принципа и порядка работы четырехтактного дизеля. Приобретение знаний и умения оценивать основные показатели и назначение ДВС по их технической характеристике и общему устройству.

Материалы и оборудование.

Альбомы по конструкции тракторов и автомобилей. Разрезы двигателей КАМАЗ 740, ЗИЛ-130, ЗМЗ-53, СМД-62, Д-440, Д-240. Узлы и детали двигателей. Плакаты и макеты по устройству тракторов, их узлов и деталей. Натуральные образцы тракторов МТЗ-82, ДТ-75М, их узлы и детали.

Содержание работы

1. Назначение, классификация и основные части тракторов.

2. Назначение, классификация и основные части автомобилей.

3. Классификация поршневых двигателей.

4. Принцип работы четырехтактных двигателей с искровым зажиганием (ДсИЗ).

5. Принцип работы четырехтактных дизелей (Д)..

Порядок выполнения работы

1 Изучение устройства ДВС, основные определения

На сельскохозяйственных тракторах установлены поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС). Их работа основана на использовании энергии расширяющихся газов, образующейся в результате процесса сгорания топливовоздушной смеси и преобразующей тепловую энергию в механическую работу.

В основном в качестве силовых агрегатов применяю! четы­рехтактные дизели, в качестве пусковых - двухтактные карбюра­торные двигатели.

По способу смесеобразования ДВС делят: на карбюраторные (с внешним смесеобразованием в карбюраторе), инжекторные и дизельные (с внутренним смесеобразованием).

1 - головка цилиндра; 2 - коромысло; 3- форсунка; 4, 5 - выпускной и впускной клапаны; 6 - цилиндр; 7- поршень; 8- поршневой палец; 9 - шатун: 10 - маховик; 11 картер; 12, 14 - коленчатый и распределительный валы; 13 - шестерня привода распределительного вала; 15- топливный насос; 16- передаточные детали; 17- воздухоочиститель

Рисунок 1 - Одноцилиндровый двигатель

В цилиндре 6 (рисунок 1) помещен поршень 7, который шатуном 9 соединен с коленчатым валом 12. При перемещении поршня в цилиндре вверх и вниз его прямолинейное движение преобразуется через шатун и кривошип во вращательное движе­ние коленчатого вала. На конце вала закреплен маховик 10, кото­рый служит для равномерного вращения вала при работе двига­теля.

Цилиндр плотно закрыт сверху головкой I. В последней находится впускной 5 и выпускной 4 клапаны, закрывающие соответствующие каналы. Клапаны открываются под действием кулачков распределительного вала 14 через передаточные детали 16.

Распределительный вал и вал топливного насоса приводятся «решение шестернями 13 от коленчатого вала. Топливо в цилиндр поступает через форсунку 3 от топливного насоса. Поршень, свободно перемещаясь в цилиндре, занимает два крайних положения (рисунок 2).

Верхняя мертвая точка (ВМТ) крайнее верхнее положе­ние поршня.

Нижняя мертвая точка (НМТ) крайнее нижнее положе­ние поршни.

Ход поршня расстояние, пройденное им от одной мертвой точки до другой. За один ход поршня коленчатый вал повернется

Камера сгорания (сжатия) пространство между головкой цилиндра и поршнем, расположенным в верхней мертвой точке.

Рабочий объем цилиндра- пространство, освобождаемое поршнем при перемещении его из ВМТ в НМТ, т.е.

V=πd²/4*S,

а - положение поршня в ВМТ; б - положение поршня в НМТ

Рисунок 2 Положения поршня ДВС

Литраж - суммарный рабочий объем всех цилиндров дви-1ателя. При малых объемах (до 1 л) его выражают в кубических сантиметрах, а при больших в литрах.

Полный объем цилиндра сумма объема камеры сгорания и рабочего объема.

Степень сжатия число, показывающее, во сколько раз полный объем цилиндра больше объема камеры сгорания.

В карбюраторных двигателях степень сжатия колеблется в пределах 6... К), в дизелях - 15...20.

Такт - процесс, который происходит в цилиндре за один ход поршня.

Рабочий цикл - ряд последовательно повторяющихся про­цессов-тактов. Двигатель, у которого рабочий цикл происходит четыре хода поршня, называют четырехтактным.

2 Рабочие циклы четырехтактного дизеля одного из цилиндров

Впуск - первый такт (рисунок 3 а). Поршень перемещается вниз и, действуя подобно насосу, создает разрежение в цилиндре. Под влиянием разности давлений через открытый впускной кла­пан цилиндр заполняется чистым воздухом. Выпускной клапан закрыт. В конце такта закрывается и впускной клапан. К этому моменту давление в цилиндре составляет 0,08...0,09 МПа, темпе­ратура - 30...50°С

Сжатие второй такт (рисунок 3 б). Поршень, продолжая движение, перемещается вверх. Поскольку оба клапана закрыты, поршень сжимает воздух, температура которого растет.

а - впуск; б сжатие; в рабочий ход; г – выпуск

Рисунок 3 - Схема работы четырехтактного одноцилиндрового дизеля:

Благода­ря высокой степени сжатия давление в цилиндре повышается до 4 МПа, воздух нагревается до температуры 600°С. В конце такта сжатия через форсунку в мелкораспыленном состоянии в ци­линдр впрыскивается порция дизельного топлива. Мелкие части­цы топлива, соприкасаясь с нагретыми сжатым воздухом стенка­ми цилиндра, самовоспламеняются, большая их часть сгорает.

Расширение или рабочий ход - третий такт (рисунок 3 в). Поршень идет вниз. Во время этого такта топливо сгорает полно­стью. Оба клапана при рабочем ходе закрыты. Температура газов при сгорании достигает 2000°С, давление повышается до 8 МПа и более. Под большим давлением расширяющихся газов поршень перемещается вниз и передает воспринимаемое им усилие через шатун на коленчатый вал, заставляя его вращаться. Около ИМТ давление снижается до 0,4 МПа, температура до 700°С.

Выпуск- четвертый такт (рисунок 3 г). Поршень перемещается вверх, выпускной клапан открывается. Отработавшие газы сначала под действием избыточного давления, затем под действием поршня удаляются из цилиндра. Когда поршень находит­ся около ВМТ, выпускной клапан закрываемся, впускной открывается. Рабочий цикл повторяется.

Дизели но сравнению с карбюраторными двигателями более экономичны. Вследствие высокой степени сжатия на единицу работы в них расходуется на 25 % меньше топлива. Они работают на топливе, которое менее опасно в пожарном отношении. Рабочий цикл четырехтактных двигателей совершается за два оборота коленчатого вала. За это время он получает усилие от поршня только при одном полуобороте, соответствующем рабо­чему ходу поршня. Затем коленчатый вал с помощью маховика перемещает поршень при всех вспомогательных тактах (выпуске, впуске и сжатии). Вследствие этого коленчатый вал одноцилиндрового двигателя вращается неравномерно: при рабочем ходе ускоренно, при вспомогательных тактах замедленно. Кроме того, у одноцилиндрового двигателя обычно небольшая мощность и повышенная вибрация.

По этой причине на современных тракторах устанавливают многоцилиндровые двигатели.

Многоцилиндровые тракторные двигатели бывают рядными и V-образными. В рядных двигателях (рисунок 4 а) цилиндры расположены вертикально, в V-образных (рисунок 4 б) под уг­лом. Последние по сравнению с первыми имеют меньшие габари­ты и массу.

а - рядное, б - V-образное расположение цилиндров; в – схема кривошипно-шатунного механизма шестицилиндровогоV-образного двигателя; 1...6 - номера цилиндров

Рисунок 4 - Многоцилиндровые двигатели:

Чтобы такой двигатель работал равномерно, такты расшире­ния (рабочий ход) должны следовать через равные углы поворота коленчатого вала (т.е. через равные промежутки времени).

Последовательность чередования одноименных тактов в ци­линдрах называют порядком работы двигателя. Порядок работы четырехцилиндровых отечественных тракторных двигателей 1-3-4-2. Это означает, что после рабочего хода в первом цилиндре следующий рабочий ход происходит в третьем, затем в четвертом и, наконец, во втором цилиндре (рисунок 5). Определенная по­следовательность соблюдается и в других многоцилиндровых двигателях, например в шестицилиндровом V-образном дизеле: 1-4-2-5-3-6

При выборе порядка работы двигателя конструкторы стре­мятся равномерно распределить нагрузку на коленчатый вал. Зная порядок работы цилиндров двигателя, можно правильно присоединить топливопроводы к форсункам и отрегулировать клапаны.

а - схема четырехцилиндрового дизеля; б - порядок работы четырехцилиндрового дизеля

Рисунок 5 - Схема работы 4-х тактного ДВС

3 Основные показатели и общее устройство ДВС

К основным показателям работы двигателя относят мощности, экономичность и коэффициент полезного действия (КПД).

Большая часть тепловой энергии, выделяющейся при сгорании топлива в цилиндрах двигателя, превращается в механиче­скую. Сила давления газов, действующая на поршень, передается через шатун на кривошип, создавая вращающий момент на коленчатом валу двигателя.

Мощность - это работа, выполненная в единицу времени. Не измеряют в киловаттах (кВт). Различают индикаторную и эффективную мощности двигателя.

Индикаторная .мощность — это мощность, развиваемая газами внутри цилиндра работающего двигателя.

Эффективная мощность- мощность, получаемая на коленчатом валу. Она меньше индикаторной на 20...30 %, так как часть мощности затрачивается на преодоление сил трения в механиз­мах двигателя и приведение в действие вспомогательных устройств (насосов, вентилятора, генератора и др.).

Мощность дви­гателя повышается с увеличением силы давления газов в цилинд­ре, частоты вращения коленчатого вала и литража. С увеличени­ем литража увеличиваются размеры двигателя. Чем выше тяго­вый класс трактора, тем больший литраж у его двигателя, имею­щего большую мощность.

Экономичность работы двигателя характеризуется удельным расходом топлива, который определяю делением часового рас­хода на эффективную мощность двигателя. Удельный расход .то­плива в дизелях, применяемых на тракторах, не более 265 г/(кВт/ч). При изношенных, разрегулированных или недостаточно смазанных трущихся деталях мощность уменьшается и экономичность снижается.

Механический коэффициент полезного действия двигателя отношение эффективной мощности к индикаторной. Он зависит в основном от качества обработки деталей, смазывания трущихся деталей и правильности сборки двигателя. Значения механиче­ского КПД колеблются в пределах 0,7...0,8.

Общее устройство дизелей

Все дизели, устанавливаемые на трактор, состоят из сле­дующих механизмов и систем (рисунок 8):

кривошипно-шатунный механизм (КШМ) преобразует прямолинейное движение поршней во вращательное движение коленчатого вала;

механизм газораспределения (ГРМ) управляет работой клапанов, что позволяет в определенных положениях поршня впускать воздух в цилиндры и удалять оттуда отработавшие га­зы;

система питания в определенный момент обеспечивает подачу в цилиндры двигателя воздуха и дозированных порций распыленного топлива;

смазочная система необходима для непрерывной подачи масла к трущимся деталям и отвода от них теплоты;

система охлаждения предохраняет стенки камеры сгора­ния и детали дизеля от перегрева и поддерживает в них нормаль­ный тепловой режим.

а вид справа: б вид слепа; 1 масломерный щуп;2 шпилька для установки поршня первого цилиндра в момент подачи топлива; 3 маслозаливная горловина;4 масляный фильтр; 5, 16 фильтры грубой и гонкой очистки топлива; 6 выпускной коллектор; 7 воздухоочиститель; 8 вентилятор; 9 – генератор; 10 --гидронасос рулевого управления; II передняя опора двигателя; 12 насос ручной подкачки топлива: 13 топливный насос; 14 компрессор; 15 форсунка; 17 рычаг воздушной заслонки аварийной остановки двигателя; 18 - вентиль выпуска воздуха из топливной системы; 14 электростартер; 20- пусковой двигатель; .21 редуктор пускового двигателя

Рисунок 8 - Дизель Д-243 (трактор МТЗ-82)

Контрольные вопросы

1. Из каких деталей состоит простейший ДВС?

2. Какие физические законы лежат в основе работы ДВС"?

3. Что называемся камерой сгорания?

4. Что такое степень сжатия?

5. Перечислить процессы, происходящие и цилиндре работающего ДВС.

6. Что называют порядком работы цилиндров?

7. Для чего служит диаграмма фаз газораспределения?

8. Какими показателями характеризуется работа ДВС?

9. Назвать и описать назначение основных механизмов и систем ДВС.